[发明专利]一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试样品杆及其测试方法

说明书

本发明公开了一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试样品杆及其测试方法，属于显微光谱成像领域。包括连接杆、转接腔、相机、照明光源和光学模块；所述的连接杆为中空结构，连接杆一端连接三维位移台，连接杆另一端通过转接腔与光学模块连接；所述连接杆的内部还安装有显微物镜，显微物镜的物方朝向样品台一侧。本发明将自由空间光路引入到样品杆中，解决了传统光纤的热胀冷缩引起的失焦问题，进一步利用显微成像系统，解决了光纤样本杆中的盲扫问题，可以在光谱检测的同时进行实时的显微成像，对样品的光谱测量位置进行精确定位，得到光谱和样品表面位置的对应关系。

技术领域

本发明涉及显微光谱成像领域，特别是涉及一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试样品杆及其测试方法。

技术背景

光学测试具有非接触、无损、灵敏度高等诸多有点，是材料表征中常用的一种手段，吸收谱、红外傅里叶光谱、拉曼光谱、荧光光谱、光学相干断层扫描以及光学显微成像等诸多技术已经被广泛应用于材料的结构、成分、形貌表征。此外，当光与磁性介质相互作用时，还会出现磁致旋光、磁致双折射、克尔磁效应、赛曼效应等诸多光磁效应，这使得光学测试可以应用于磁性材料的表征，进一步的拓展了光学测试的应用范围。近年来，随着极端物理学的发展，科学家发现在低温强磁场的条件下，材料会表现出与常规条件不同的性质，典型的如低温超导、量子霍尔效应，这为发现新现象、合成新材料、设计新器件提供了一种可能。

为了将光学测试引入低温强磁场的环境中，目前有一种方法是将集成有光学传输系统的样品杆直接放入低温强磁场的腔中(CN 105911029 B,CN 104181341 B,CN103529407 B)。大部分光学测试样品杆中的光传输使用的是光纤，但是在测试过程中，光纤会直接进入低温强磁场的环境中，光纤的热胀冷缩会造成光纤与准直镜之间的失焦使得光的耦合效率下降，严重影响光信号的强度。此外，现有的光纤样品杆无法实现对测试位置的精确定位，很难对特定区域进行测试，同时很难判断显微物镜的像平面与样品位置的关系，影响光谱激发强度和光谱收集效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试样品杆及其测试方法，将自由空间光路引入到样品杆中，解决了传统光纤的热胀冷缩引起的失焦问题，进一步利用显微成像系统，解决了光纤样本杆中的盲扫问题，可以在光谱检测的同时进行实时的显微成像，对样品的光谱测量位置进行精确定位，得到光谱和样品表面位置的对应关系。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试样品杆，包括连接杆、转接腔、相机、照明光源和光学模块；

所述的连接杆为中空结构，连接杆一端连接三维位移台，所述的三维位移台中位于连接杆内部的侧面上固定有样品台，连接杆另一端通过转接腔与光学模块连接；所述连接杆的内部还安装有显微物镜，显微物镜的物方朝向样品台一侧；

所述的光学模块包括盒体、第二分束镜、第二反射镜、以及固定在盒体内的第一准直镜、第一反射镜、第一分束镜和第一透镜；所述的第一透镜的入射光轴与第一分束镜的激光光束入射光轴呈90度分布；所述的第二分束镜同轴安装在显微物镜的像方一侧，第二分束镜的分束面与连接杆中轴呈45度分布；所述的第二反射镜固定在连接杆的内侧面上；

所述的第一准直镜位于光学模块的激光光束入口处，激光光束经第一准直镜入射至光学模块内，经第一反射镜反射后沿连接杆中轴方向传输，依次穿过第一分束镜、第二分束镜后垂直入射至显微物镜，最终经显微物镜聚焦入射到样品上激发样品发光；由照明光源发出的照明光束进入连接杆后沿内侧面传输，依次经第二反射镜、第二分束镜反射后垂直入射至显微物镜，最终经显微物镜聚焦入射到样品上；由样品发出的光信号被显微物镜收集，同时携带了显微成像信息和光谱信息，依次经过显微物镜、第二分束镜和第一分束镜后一分为二，其中一束光垂直穿过第一分束镜后从光学模块出射，另一束光经第一透镜成像后在相机中显示。